抗菌劑在食品包裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展

白 露，李志明，周成琳，劉海洋，鐘 蕊，宋雪健

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

食品腐敗變質(zhì)的主要原因是由微生物引起，食用有害微生物將對(duì)人體造成不利影響。目前，對(duì)蔬菜、水果、熟食等產(chǎn)品的保鮮措施主要有低溫冷藏、氣調(diào)保鮮、涂膜保鮮、抗菌包裝保鮮等。隨著科技的發(fā)展和消費(fèi)理念的升級(jí)，對(duì)食品包裝的安全、綠色提出了更高的要求，抗菌包裝材料在食品中擁有廣闊的前景，綠色安全環(huán)保的抗菌包裝將成為一種趨勢(shì)[1]。因此，在進(jìn)行抗菌包裝材料制備時(shí)選用適當(dāng)?shù)目咕鷦瑧?yīng)具有無毒、安全、高效、廉價(jià)、廣譜等特點(diǎn)，可以有效延長(zhǎng)食品的貨架期?？咕鷦┌凑招再|(zhì)來源一般分為天然抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑。從抗菌劑的性能及其在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究出發(fā)，綜述抗菌劑在食品包裝領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，旨在為食品抗菌包裝材料的進(jìn)一步研究提供一些理論基礎(chǔ)。

1 天然抗菌劑

天然抗菌劑主要是指從某些動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)提取出的具有抗菌活性的物質(zhì)。其抑菌作用機(jī)理根據(jù)具體種類的不同而存在差異，動(dòng)物源天然抗菌劑（如殼聚糖）的抑菌機(jī)理現(xiàn)有2 種不同的觀點(diǎn)：一種是殼聚糖以帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜為作用靶，吸附在細(xì)胞膜表面阻礙其正常的生理代謝活動(dòng)，并改變細(xì)胞膜的通透性，從而使其致死；另一種是殼聚糖以DNA 為作用靶，在此過程中對(duì)DNA 聚合酶和RNA 的合成進(jìn)行擾亂，從而起到抗菌效果。植物源天然抗菌劑（如植物精油），目前對(duì)其的研究主要認(rèn)為植物精油通過損傷微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞器的質(zhì)膜，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物逸出或細(xì)胞內(nèi)外離子濃度變化，從而起到抗菌作用。微生物源天然抗菌劑（如抗生素）通過滲透方式進(jìn)入微生物的細(xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)吸附其中的陰離子物質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞正常的生理代謝紊亂，從而致死細(xì)胞[2]。于金池等人[3]將不同濃度Nisin（乳酸鏈球菌素）加入瓊脂基可食用抗菌膜中，發(fā)現(xiàn)該抗菌膜對(duì)金黃色葡萄球菌有明顯的抑制作用，而且抑菌效果隨著Nisin 添加量的增加而提高。肖力源等人[4]以玉米淀粉、殼聚糖和魔芋葡甘露聚糖為成膜基質(zhì)，甘油為增塑劑，吐溫-80 為表面活性劑，向其中添加肉桂精油等4 種植物精油，將制成的抗菌膜對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和沙門氏菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，研究表明4 種精油對(duì)這 3 種菌均有一定的抗菌效果，抗菌活性大小為肉桂精油>牛至精油>百里香精油>迷迭香精油。單一天然抗菌劑的添加較添加2 種或2 種以上天然抗菌劑的食品抗菌膜在一定程度上的抑菌效果不太理想，為了避免此類情況，充分發(fā)揮其抗菌效果，制備抗菌性更強(qiáng)的復(fù)合抗菌劑類食品保鮮膜逐漸成為研究熱門。劉光發(fā)等人[5]制備的聚乙烯醇基肉桂檸檬草復(fù)配精油抗菌膜在其體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，能有效降低甜櫻桃在貯藏期的腐爛率和菌落總數(shù)，維持甜櫻桃的品質(zhì)，延長(zhǎng)貯藏期3～4 d。

天然抗菌劑具有來源廣泛、抑菌廣譜且安全性高、環(huán)保、無毒無害、生物相容性良好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，天然抗菌劑在加工和使用過程中存在高溫下容易分解失效，從而使其應(yīng)用受到限制，沒有發(fā)揮出最佳效果。從植物、動(dòng)物和微生物上提取的純度不高，抑菌能力有限，批量生產(chǎn)存在困難，針對(duì)這些問題，有待繼續(xù)深入研究。

2 有機(jī)抗菌劑

有機(jī)抗菌劑是指以有機(jī)酸類、酚類、季銨鹽類、苯并咪唑類等有機(jī)物為抗菌物質(zhì)的抗菌劑。有機(jī)抗菌劑種類繁多，在多個(gè)領(lǐng)域中均有涉及，根據(jù)其用途通?？煞譃闅⒕鷦?、防腐劑、防霉劑和防藻劑[6]。有機(jī)抗菌劑的抗菌機(jī)理是通過微生物細(xì)胞膜表面的陰離子結(jié)合逐漸進(jìn)入細(xì)胞，或者與細(xì)胞表面的巰基等基團(tuán)反應(yīng)，破壞蛋白質(zhì)和微生物的合成系統(tǒng)，進(jìn)而抑制微生物的繁殖。張燕等人[7]在聚乙烯醇中添加檸檬酸后提高了蘋果的保鮮效果，減少了蘋果的硬度。王卉等人[8]以明膠為基質(zhì)，添加抗菌劑山梨酸鉀，采用溶液流延成膜法制備不同山梨酸鉀含量的明膠可食性抗菌膜，對(duì)金黃色葡萄球菌進(jìn)行抑菌圈試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，抑菌效果隨著山梨酸鉀在明膠基膜的添加量的提高而提高，但出于對(duì)食品包裝的安全性考慮，需控制其添加量。陸敏等人[9]使用添加了質(zhì)量濃度15 mg/mL 茶多酚的抗菌納米微球的海藻酸鈉抗菌膜包裝圣女果，在一定程度上能延長(zhǎng)圣女果的保質(zhì)期，且能夠很好地抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)繁殖。

有機(jī)抗菌劑有應(yīng)用廣泛、抑菌效果顯著、見效快、來源豐富的優(yōu)點(diǎn)，但有機(jī)抗菌劑存在不耐熱、有效作用時(shí)間較短、易發(fā)生水解、易遷移，同時(shí)易使菌類微生物產(chǎn)生一定程度的耐藥性，使其應(yīng)用受到較大限制。除此之外，有機(jī)抗菌劑的有效期限不長(zhǎng)，隨著時(shí)間的積累，有些抗菌劑被空氣中的某些微生物降解并影響其抗菌效果。因此，對(duì)有機(jī)抗菌劑進(jìn)行一定改良，運(yùn)用現(xiàn)有性能進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，研發(fā)新型、高效的有機(jī)抗菌劑成為了當(dāng)前主要研究方向。

3 無機(jī)抗菌劑

無機(jī)抗菌劑是通過抗菌成分Ag+，Cu2+，Zn2+等離子及其化合物結(jié)合無機(jī)材料而制得。汞、鉛等金屬離子也具有一定的殺菌效果，因其對(duì)人體有害而被放棄，現(xiàn)在被人們信賴、使用較多的抗菌離子主要有銀和鋅。

無機(jī)抗菌劑可大致分為兩類：光催化型抗菌劑和溶出型抗菌劑，各類抗菌劑的作用機(jī)理不同，所針對(duì)的抗菌領(lǐng)域也有所差異。對(duì)于其抗菌機(jī)理，光催化型抗菌劑經(jīng)光照可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并由此起到殺菌抑菌的作用[10]；溶出型抗菌劑殺菌機(jī)理是微量金屬離子吸引帶負(fù)電荷的細(xì)菌，破壞微生物合成酶的活性，并可能干擾微生物DNA 的合成，使蛋白質(zhì)變性失活，從而破壞了含有蛋白質(zhì)的生物組織，造成細(xì)菌喪失分裂繁殖能力而死亡[11]。

汪敏等人[12]用添加了納米Ag 的聚乙烯薄膜對(duì)白菜進(jìn)行保鮮研究發(fā)現(xiàn)，納米Ag 添加量為4%的抗菌薄膜對(duì)白菜有著顯著的保鮮效果，其中降低白菜的失重率、葉片黃化，抗菌率達(dá)到91.2%。曾麗萍等人[13]制備的以明膠、羧甲基纖維素鈉為成膜基材，添加了無機(jī)抗菌劑納米TiO2的抗菌膜，對(duì)枇杷進(jìn)行保鮮試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，2%為TiO2的最優(yōu)添加量，有良好的成膜特性、機(jī)械性能和抗菌活性，在冷凍條件下，顯著降低枇杷的菌落總數(shù)、腐爛率和MAD 含量，延緩枇杷的保質(zhì)期，保證較好的新鮮度。

無機(jī)抗菌劑具有安全性高、耐熱性好、無揮發(fā)、不產(chǎn)生耐藥性、不易抗菌失效等特點(diǎn)，在較高加工溫度的材料中應(yīng)用廣泛，能夠更好地發(fā)揮抗菌活性。但無機(jī)抗菌劑價(jià)格昂貴，在應(yīng)用工藝上制造困難、工藝復(fù)雜，且不同的金屬在應(yīng)用中也有限制性，與包裝其他基材的相容性不太穩(wěn)定，就目前所掌握的資料來看，其安全性能尚不能得出準(zhǔn)確的結(jié)果，所以為研究出健康安全、無污染的無機(jī)抗菌包裝材料是目前的研究方向。

4 結(jié)語

抗菌劑的使用在當(dāng)今時(shí)代存在著普遍性，在食品的防腐保鮮中有著不可替代的地位，但有些抗菌劑與當(dāng)今綠色發(fā)展的生態(tài)理念不相符合。有機(jī)抗菌劑、無機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑都存在自己的優(yōu)缺點(diǎn)，而且單一性的抗菌劑因其能力及穩(wěn)定性存在明顯不足，因此研究高效、廣譜的復(fù)合抗菌劑是主要方向，高效的復(fù)合、環(huán)保型抗菌劑在今后的食品包裝材料發(fā)展中存在著重要意義。